JP6677011B2 - 燃料電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、改質器を備えた燃料電池モジュールおよびその製造方法に関する。

燃料電池モジュールとして、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１（ａ）に示されているように、燃料電池モジュールには、改質触媒が充填されて改質用原料を改質ガスに改質する改質器４が設けられている。一般に、改質触媒を改質器４に充填した場合に、充填された改質触媒の上部が重力によって隙間が生じ、その隙間を改質用原料が触媒に触れることなく通過するいわゆる吹き抜け流路が生じる。特許文献１の改質器４には、特許文献１の図１（ｃ）に示すように、改質器４には、改質用原料が流れる流路に上向きの流れを形成する３枚の上向き仕切り板４１３と、流路に下向きの流れを形成する２枚の下向き仕切り板４１４を、夫々交互に配設している。このように、下向きの流れと上向きの流れとを繰り返し形成して改質用原料が必ず改質触媒に接触するようにし、触媒により処理されていない改質用原料が燃料電池に供給される不都合を防止する。

特開２００６−２７３６３５号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池モジュールは、改質器のハウジングとは別体に下向き仕切り板および上向き仕切り板を設けなければならず、部品点数が増加して製造コスト引き上げてしまう。下向き仕切り板および上向き仕切り板は、改質器のハウジングとは別体であるため、仕切り板の基端部と基端部が固定された改質器のハウジングとの間で、隙間が生じる可能性がある。このような隙間が生じると、改質用原料は、その隙間を通過してしまい、触媒で処理されない改質用原料が、燃料電池に供給されるおそれがある。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、部品点数を増加させることなく、改質用原料を触媒内に確実に通過させ、改質用原料を触媒により確実に処理して燃料電池に供給することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池モジュールは、燃料電池と、内部に触媒が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が前記触媒によって処理され、処理された処理後ガスが前記燃料電池に向けて導出される触媒ケーシングと、を備えた燃料電池モジュールである。
前記触媒ケーシングは、所定厚みの板状部材で筒状に形成された筒状部材であり、かつ、前記筒状部材の軸方向が水平方向に延在するように配置され、前記触媒ケーシングは、前記触媒ケーシングの上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部を有している。
前記凹部の内壁面の下端は、前記筒状部材の軸方向と直交する直交方向に沿って延在し、前記触媒の自重によって前記触媒ケーシングの内壁面と前記触媒の上面との間に隙間が生じた際に、前記下端は、前記隙間を通過してきた前記改質用原料を下向きの流れに変更するように前記触媒の前記上面より下方に位置するように設定されている。

これによると、触媒ケーシングの上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部の内壁面の下端は、筒状部材の軸方向と直交する直交方向に沿って延在し、かつ、触媒の上面より下方に位置している。触媒の上面と触媒ケーシングの内壁面との間を通過する改質用原料の流れは、凹部の内壁面に当たることで、下方に向かう流れへと変更される。これによって、触媒ケーシングは、改質用原料を触媒内に確実に通過させ、改質用原料を接触した触媒により確実に処理して燃料電池に供給することができる。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概要図である。 燃料電池モジュールのモジュールケーシングの一方の側面を破断して示す側面図である。 改質ケーシングの斜視図である。 一部をかくれ線で示す改質ケーシングの平面図である。 かくれ線で示す改質ケーシングの側面を示す拡大図である。 図５のVI-VI断面図である。 図５のVII-VII断面図である。 改質ケーシングの原材料である円筒部材を示す図である。 円筒部材を湾曲させる型にセットした状態を示す図である。 円筒部材を湾曲させる塑性加工工程を示す図である。 Ｕ字形に湾曲された円筒部材を示す図である。 両端より高圧水を供給するように、Ｕ字形に湾曲された円筒部材が液圧バルジ成形の型にセットされた工程を示す図である。 両端より高圧水を供給することで、Ｕ字形に湾曲された円筒部材を膨張させて筒状部材とするとともに、凹部を形成させる塑性加工工程を示す図である。 液圧バルジ成形の型から取り外したＵ字形の筒状部材を示す図である。 両端部を切除したＵ字形の筒状部材を示す図である。

以下、本発明の燃料電池モジュールを燃料電池システムに実施した実施形態について説明する。図１は、この燃料電池システム１の概要を示す概要図である。この燃料電池システム１は、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
発電ユニット１０は、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、図２に示すように、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１および脱硫器１１ａ２が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、燃料電池モジュール１１内にカソードエアを導入する第二連通管部材５６（後述）が接続されている。第二連通管部材５６には、カソードエア供給管１１ｃの一端が接続され、カソードエア供給管１１ｃの他端は、カソードエアブロワ１１ｃ１に接続されている。

また、改質用原料供給管１１ａには原料ポンプ１１ａ１より下流側に脱硫器１１ａ２が設けられている。脱硫器１１ａ２は、改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。脱硫器１１ａ２は、モジュールケーシング５０に接触または近接するように配設されており、燃料電池モジュール１１から熱を受けるようになっている。脱硫器１１ａ２内には脱硫剤（例えば、脱硫触媒）が収容されており、脱硫剤は硫黄分だけでなく改質用原料を吸着する性質となっている。脱硫器１１ａ２は、供給源Ｇｓと燃料電池３４との間に設けられ、吸着剤（本実施形態では脱硫剤）を有し吸着質を脱離可能に吸着する吸着装置である。

燃料電池モジュール１１は、燃料電池モジュール１１内の燃焼排ガスを排気管１１ｄに導出する第一連通管部材５５（図２参照）が設けられている。熱交換器１２は、図１に示すように、燃料電池モジュール１１から第一連通管部材５５を介して排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器１２である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図１にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。

熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。

インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御する。

燃料電池モジュール１１は、固体酸化物形の燃料電池モジュールである。燃料電池モジュール１１は、改質ケーシング４０（触媒ケーシング）、蒸発部３２、改質部３３、燃料電池３４、燃焼部３６および断熱部材３７が収容されている。

なお、本明細書においては説明の便宜上、図２における上側および下側をそれぞれ燃料電池モジュール１１の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池モジュール１１の後方および前方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側を、それぞれ燃料電池モジュール１１の左側方および右側方として説明する。

改質ケーシング４０は、図３および図４に示すように、所定厚み４０ｔの板状部材で筒状に形成された筒状部材４０ａである。筒状部材４０ａは、平面視Ｕ字形状に形成され、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬは水平方向に沿って延在するよう配置されている。改質ケーシング４０は、仕切り板４０ｓにより蒸発部３２と改質部３３とに区画されている。蒸発部３２は、改質ケーシング４０の右側の端部に区画されている。改質部３３は、改質ケーシング４０のうち蒸発部３２を除いた残りの部分に形成されている。
仕切り板４０ｓは、改質触媒４２が改質ケーシング４０に収容された後に、改質ケーシング４０内に組み込まれる。続いて、蒸発部３２のアルミナボール（図示せず）が改質ケーシング４０の端部より収容される。これによって、仕切り板４０ｓは、アルミナボールと改質触媒４２との間に挟持された状態で実質的に固定される。

また、改質ケーシング４０は、断面略方形に形成された左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌと断面略円形に形成された湾曲部４０ｅとを有している。左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌは、改質ケーシング４０の平面視Ｕ字形のうち水平方向に沿って互いに平行に延在する直線状に配された一対の部分である。湾曲部４０ｅは、一対となった左右の直線部４０ｄｒ、４０ｄｌの一方側（後側）の端部同士を連結する湾曲状の部分である。右側の直線部４０ｄｒには、蒸発部３２と改質部３３とが形成され、湾曲部４０ｅと左側の直線部４０ｄｌとには、改質部３３が形成されている。右側方の直線部４０ｄｒの上部には一箇所、左側方の直線部４０ｄｌの上部には二箇所、それぞれ溝状に凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３が形成されている。凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３により凹んでいる筒状部材４０ａの内面壁は、下方に向かって凸条状に凸設されている。凸条の下端４０ｂｄ（内壁面４０ｉの下端）は、図５、図６および図７に示すように、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬに直交する直交方向に沿って延在している。凸条の下端４０ｂｄは、図５に示すように、筒状部材４０ａに改質触媒４２を収容した場合に改質触媒４２の上面４２Ｔとなる位置よりも下方になるよう設定されている。また、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉには、凸条の下端４０ｂｄまで、改質用原料の流れＦＬに沿って下向きに傾斜する下向き傾斜面４０ｊが形成されている。

湾曲部４０ｅの下端部は、図２に示すように、後述するエア導入部材５１の上部側面に固定された保持部材５７によって保持される。保持部材５７は、例えば鉄製で、短冊状の薄板材により屈曲形成されている。

蒸発部３２には、図１、図２および図４に示すように、改質用原料供給管１１ａの他端および水供給管１１ｂの他端が接続されている。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水供給管１１ｂを介して供給された改質水を蒸発させて水蒸気（改質用水蒸気）を生成して導出するものである。また、蒸発部３２は、改質用原料供給管１１ａを介して供給された改質用原料を予熱するものである。そして、蒸発部３２は、改質水を蒸発させて生成された水蒸気（改質用水蒸気）と予熱された改質用原料を混合して改質部３３へ導出するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

改質部３３は、図１および図４に示すように、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから改質ガス（特許請求の範囲のアノードガスに相当；以下、アノードガスとする。）を生成するものである。具体的には、改質部３３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）からアノードガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、改質触媒４２（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが改質触媒４２によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（アノードガス）は燃料電池３４に導出されるようになっている。アノードガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。

燃料電池３４は、図２に示すように、燃料極、空気極、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層され、右側および左側に並んで対に構成されている（図示せず）。燃料電池３４は、アノードガスとカソードガスとにより発電するものである。カソードガスは、酸化剤ガスである。酸化剤ガスは、本実施形態において、空気である。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。また、燃料には、水素を直接燃料として用いることが可能である。
セル３４ａの燃料極側には、燃料であるアノードガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、カソードガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からのアノードガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出されるアノードガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。

一方、カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアは、図２に示すように、カソードエア供給管１１ｃを介して後述するモジュールケーシング５０の二重の壁内に設けられた空気流通隙間５０ａに供給される。空気流通隙間５０ａに供給されたカソードエアは、モジュールケーシング５０の天井部５０ｂより垂下するエア導入部材５１（図２参照）により空気流路３４ｃの下端から導入され、空気流路３４ｃの上端から導出されるようになっている。エア導入部材５１は、長手方向の上下端部が開口した四角板の筒状に形成され、上端の開口は、空気流通隙間５０ａに連通する導入口（図略）となっている。エア導入部材５１の下端の開口は、導出口（図略）として空気流路３４ｃの下端にカソードエアを導入する。エア導入部材５１は、前記改質ケーシング４０の二つの直線部４０ｄｒ，４０ｄｌの間および左右に対となった（図示せず）燃料電池３４の間に配設されている。

燃料電池３４においては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給されたカソードガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路３４ｂ及び空気流路３４ｃからは、発電に使用されなかったアノードガス及びカソードガスが導出する。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

そして、図１および図２に示すように、燃料流路３４ｂ及び空気流路３４ｃから導出した、発電に使用されなかったアノードガス（アノードオフガス）は、燃焼空間Ｒにて、発電に使用されなかったカソードガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部３２及び改質部３３が加熱される。このように、燃焼空間Ｒが、燃料電池３４からのアノードオフガスと燃料電池３４からのカソードオフガスとを燃焼して改質部３３を加熱する燃焼部３６である。

燃焼部３６（燃焼空間Ｒ）は、可燃性ガスと酸化剤ガスとを燃焼するものである。可燃性ガスは、燃えるガスであり、本実施形態では改質用燃料、アノードオフガス、一酸化炭素などである。すなわち、燃焼部３６は、燃料電池３４から導出されるアノードオフガスを燃焼させるものである。そして、燃焼部３６は、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する。その燃焼排ガスは外部（大気）へ排気される。

断熱部材３７は、図２示すように、燃料電池３４と燃料電池３４の外部とを断熱するものである。断熱部材３７は、例えば高い断熱性を有するセラッミクス等の断熱材料によって形成されている。断熱部材３７は、右側面部材３７ｓｒ、左側面部材(図略)、底部材３７ｓｂ（図２参照）を有し、上方に向けて開放する断面Ｕ字形状（図略）に形成されている。

また、断熱部材３７は、図２に示すように、平板状の前側面部材３７ｆと後側面部材３７ｒとを有している。前側面部材３７ｆは、燃料電池３４と後述する第一蓋部材５０ｄとの間に配置されている。後側面部材３７ｒは、燃料電池３４と後述する第二蓋部材５０ｅとの間に配置されている。断熱部材３７の内部には、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４が配設されている。断熱部材３７の底部材３７ｓｂの上面には、燃料電池３４の底面が当接している。

モジュールケーシング５０は、燃料電池３４、燃焼部３６、改質ケーシング４０、および断熱部材３７を少なくとも収納する。モジュールケーシング５０は、筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄ、第二蓋部材５０ｅ（蓋部材）、および第一連通管部材５５を備え、筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅによって箱形状になっている。筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅは、金属製である。金属は、例えば炭素鋼または合金鋼である。筒状本体５０ｃ、第一蓋部材５０ｄおよび第二蓋部材５０ｅは、例えば、プレス加工や溶接によって形成されている。

筒状本体５０ｃは、図２に示すように、二重の壁（内側の周側壁５０ｃ１ｉ、外側の周側壁５０ｃ１ｏ）により断面略方形の筒状に形成されている。筒状本体５０ｃは、筒状に形成された周側壁５０ｃ１の両端部に形成された前側の開口端部５０ｃ２ｆ、後側の開口端部５０ｃ２ｒを有している。内側の周側壁５０ｃ１ｉおよび外側の周側壁５０ｃ１ｏは、その間に空気流通隙間５０ａが形成されている。空気流通隙間５０ａは、筒状本体５０ｃの底部、両側部および天井部の周側壁５０ｃ１に沿って連続して形成され、筒状本体５０ｃの両端の開口端部５０ｃ２ｆ、５０ｃ２ｒ側は、夫々外気に対して通気不能に封止されている。
二重の壁のうち内側の周側壁５０ｃ１ｉの天井部５０ｂには、内側の周側壁５０ｃ１ｉに貫通し、かつ、前後方向に沿って長く形成された長穴５０ｃ３が形成されている。

また、モジュールケーシング５０は、エア導入部材５１をさらに有している。エア導入部材５１は、図２に示すように、上下に空気が流通する流通空間（図略）を備えた板状に形成されて、天井部５０ｂに位置する内側の周側壁５０ｃ１ｉから垂下するように配設されている。エア導入部材５１は、例えば炭素鋼または合金鋼製であり、板状本体部５１ａ、上端部に設けられた導入口（図略）および下端部に設けられた導出口(図略)を有している。板状本体部５１ａの上端部が長穴５０ｃ３に気密的に接続されている。導入口は、筒状本体５０ｃの空気流通隙間５０ａに連通する。また、導出口は、板状本体部５１ａの下端面に、燃料電池３４の下方に向けて開口するように複数形成されている。

第一蓋部材５０ｄは、筒状本体５０ｃの一方（本実施形態では前方）の開口端部５０ｃ２ｆを塞ぐように形成され、筒状本体５０ｃの一方の開口端部５０ｃ２ｆに気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。第二蓋部材５０ｅは、筒状本体５０ｃの他方（本実施形態においては後方）の開口端部５０ｃ２ｒを塞ぐように形成され、筒状本体５０ｃの他方（本実施形態では後方）の開口端部５０ｃ２ｒに気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。

第一連通管部材５５は、図２に示すように、管状に形成されて、筒状本体５０ｃの内側の周側壁５０ｃ１ｉの内面側と排気管１１ｄとを連通させる。なお、筒状本体５０ｃの内側の周側壁５０ｃ１ｉと筒状本体５０ｃの外側の周側壁５０ｃ１ｏとの間（空気流通隙間５０ａ）は、第二連通管部材５６によってカソードエア供給管１１ｃに連通する。

次に上記のように構成された燃料電池モジュールの作用について、以下に説明する。供給源Ｇｓより供給された改質用原料は、原料ポンプ１１ａ１に加圧されて脱硫器１１ａ２を経て改質ケーシング４０の改質部３３まで送られる。

改質ケーシング４０の改質部３３において、図５に示すように、多数の粒状の改質触媒４２が収容されている。改質ケーシング４０の内部には、改質触媒４２が、充満するように封入される。しかし、改質ケーシング４０の軸方向ＣＬが水平方向に配置された場合、改質ケーシング４０の内壁面４０ｉと改質触媒４２の上面４２Ｔとの間には、改質触媒４２の自重によって隙間ｔが生じる。

本実施形態の改質ケーシング４０には、凹部４０ｂ１が改質ケーシング４０の上部に形成されている。そして、凹部４０ｂ１に該当する改質ケーシング４０の内壁面４０ｉの下端４０ｂｄは、改質触媒４２の上面４２ＴよりΔｔだけ下方に位置するよう設定されている。

そのため、改質ケーシング４０の内壁面４０ｉと改質触媒４２の上面４２Ｔとの間の隙間ｔを通過してきた改質用原料の流れＦＬは、内壁面４０ｉの下端４０ｂｄにより下向きの流れに変更され、改質触媒４２の中に通過するよう導入される。これによって、改質用原料が、改質処理されないで燃料電池３４に供給されてしまう不具合を防止することができる。

次に、改質ケーシングの製造方法について、図８〜図１５に基づいて以下に説明する。
まず、図８に示すように、作業者は、円筒部材３９を用意する。この円筒部材３９の径は、完成される改質ケーシング４０の径（縦横の長さ）よりも小さいものである。

次に、図９に示すように、作業者は、円筒部材３９の一方側を圧力金型６０に把持させ、回転金型６１に円筒部材３９の他方側を回転金型６１に把持させる。圧力金型６０は、二体に分離される金型本体部６０ａと取付部６０ｂとの二体で構成されている。金型本体部６０ａと取付部６０ｂとは、対向する面に夫々把持溝（図略）が形成され、金型本体部６０ａと取付部６０ｂとを図略のボルト等で締結することで、把持溝内に円筒部材３９の一端側を把持するようになっている。回転金型６１は、圧力金型６０に対する支持中心ｃを中心に回転可能に設けられた回転部６１ａと回転部６１ａに組み付けられる組付け部６１ｂとを有している。回転部６１ａと組付け部６１ｂとは、対向する面に夫々把持溝（図略）が形成され、回転部６１ａと組付け部６１ｂとを図略のボルト等で締結することで、把持溝内に円筒部材３９の他端側を把持するようになっている。
作業者は、円筒部材３９の一端側を圧力金型６０に把持するとともに、円筒部材３９の他端側を把持した回転金型６１を支持中心ｃ回りに回転させる。これによって、円筒部材３９は、図１０に示すように、中央部が湾曲する塑性加工によりＵ字形に変形する（図１１）。
なお、本実施形態では、円筒部材３９の一端側を圧力金型６０に把持するとともに、円筒部材３９の他端側を把持した回転金型６１を支持中心ｃ回りに回転させることで、平面視Ｕ字形の円筒部材３９を形成したが、これに限定されない。例えば、円筒部材３９を所定距離離れた一対のダイスの上に均等に載置させ、円筒部材３９の中央をポンチで押圧することで、平面視Ｕ字形に形成してもよい。

次に、作業者は、Ｕ字形に成形された円筒部材３９を、図１２に示すように、液圧バルジ成形型６２にセットする。液圧バルジ成形型６２は、上下二つに分離可能な上型６２ｕと下型６２ｄとを備え、上型６２ｕおよび下型６２ｄを重ねると、各角にＲが形成された断面矩形状の空間が形成される。断面矩形状の空間は、円筒部材３９の径よりも大きく設定されている。上型６２ｕの内壁面上部には、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３を形成するための凸条突起６２ｕ１が、断面矩形状の空間の長手方向に直交する方向に複数形成されている。セットされる円筒部材３９の両端部３９ｌ，３９ｒは、夫々注水管６３が挿入される。円筒部材３９の両端部３９ｌ，３９ｒの内側は、弾性シール部材６４によって液密的に封止され、両端部３９ｌ，３９ｒの外側は、液圧バルジ成形型の一端部に設けられた固定穴６５に固定される。

次に、図１３に示すように、作業者は、注水管６３より高圧の水ＰＷを円筒部材３９の中に注入させ、内圧によって円筒部材３９を内側から膨張させる塑性加工（液圧バルジ成形）を行い、円筒部材３９を断面略矩形状に変形させる。円筒部材３９は、膨張する際に、上型６２ｕの凸条突起６２ｕ１によって凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３が形成される。これによって、円筒部材３９は、図１４に示すように、断面略矩形状で平面視Ｕ字形の筒状部材４０ａとなる。このように、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３は、筒状部材４０ａと一体に形成される。そのため、本実施形態に使用される改質ケーシング４０は、従来のように、下向き仕切り板と、改質器のハウジング（改質ケーシング）とが、別体である場合に生じた下向き仕切り板の基端部と基端部が固定された改質器のハウジングとの間に隙間を生じさせることがない。
次に、作業者は、図１５に示すように、固定穴６５に固定されて膨張しなかった筒状部材４０ａの両端部３９ｌ，３９ｒを切除する。

上記の記載で明らかなように、本実施形態における燃料電池モジュール１１は、燃料電池３４と、内部に改質触媒４２が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が改質触媒４２によって処理され、処理された改質処理後ガス（アノードガス）が燃料電池３４に向けて導出される改質ケーシング４０と、を備えた燃料電池モジュール１１であって、改質ケーシング４０は、所定厚み４０ｔの板状部材で筒状に形成された筒状部材４０ａであり、かつ、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬが水平方向に延在するように配置され、改質ケーシング４０は、改質ケーシング４０の上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３と、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉの下端４０ｂｄは、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬと直交する直交方向に沿って延在し、かつ、改質触媒の上面４２Ｔより下方に位置している。

これによると、改質ケーシング４０の上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉの下端４０ｂｄは、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬと直交する直交方向に沿って延在し、かつ、改質触媒４２の上面４２ＴよりΔｔ下方に位置している。改質触媒４２の上面４２Ｔと改質ケーシング４０の内壁面４０ｉとの隙間ｔを通過する改質用原料の流れＦＬは、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉに当たることで、下方に向かう流れへと変更される。これによって、改質ケーシング４０は、改質用原料を改質触媒４２内に確実に通過させるよう導入し、改質用原料を確実に改質処理することができる。これによって、改質用原料が接触した改質触媒４２により処理される改質処理後ガス（アノードガス）を高効率で生成することができる。
また、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉは、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉと触媒４２の上面との間の隙間ｔを通過した改質用原料の流れＦＬを下向きの流れに変える下向き傾斜面４０ｊを備えた。
これによると、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉに形成された下向き傾斜面４０ｊによって、円滑に改質用原料の流れＦＬを下向きの流れに変えることができる。

また、燃料電池モジュール１１は、改質用原料を改質する改質部３３を改質ケーシング４０内にさらに備え、改質ケーシング４０は、内部に改質触媒４２が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が改質触媒４２によって改質され、改質された処理後ガスであるアノードガスが燃料電池３４に導出される改質ケーシング４０である。

これによると、改質触媒４２を改質ケーシング４０に収容した際に、改質触媒４２の上面４２Ｔと改質ケーシング４０の内壁面４０ｉとの隙間ｔを通過する改質用原料の流れＦＬは、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉに当たることによって、下方に向かう流れに変更される。これによって、改質ケーシング４０は、改質用原料を改質触媒４２内に確実に通過させ、改質用原料を確実に改質処理することができる。これによって、改質用原料が接触した改質触媒４２により処理されるアノードガスを高効率で生成することができる。

また、燃料電池３４と、内部に改質触媒４２が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が改質触媒４２によって処理され、処理された処理後ガスが燃料電池３４に向けて導出される改質ケーシング４０と、を備えた燃料電池モジュール１１であって、改質ケーシング４０は、所定厚み４０ｔの板状部材で筒状に形成された筒状部材４０ａであり、かつ、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬが水平方向に延在するように配置され、改質ケーシング４０は、改質ケーシング４０の上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３と、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の内壁面４０ｉの下端４０ｂｄは、筒状部材４０ａの軸方向ＣＬと直交する直交方向に沿って延在し、かつ、改質触媒４２の上面４２Ｔより下方に位置している燃料電池モジュール１１の製造方法であって、凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３は、筒状部材４０ａを変形させて加工する塑性加工により形成される。

これによると、改質ケーシング４０の上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３は、改質ケーシング４０と一体に形成される。そのため、部品点数を増加させることがない。また、改質ケーシング４０の凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３の基端部と、改質ケーシング４０の内壁面４０ｉとの間に、従来のように下向きの仕切り板が改質ケーシング４０と別体である場合に生じる隙間を生じることもない。これによって、改質用原料を改質触媒４２内に確実に通過させ、改質触媒４２により処理される改質処理後ガス（アノードガス）を高効率で生成することができる。

なお、上記実施形態においては、触媒ケーシングを、改質部３３を有する改質ケーシング４０としたが、これに限定されない。例えば、触媒ケーシングは、改質用原料から硫化物等を除去する脱硫器１１ａ２を形成する脱硫ケーシングでもよい。この場合、処理後ガスは、脱硫後のガスとなる。
また、改質ケーシング４０は、平面視Ｕ字形に限定されず、例えば直方体形でもよい。
また、改質ケーシング４０における凹部４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３を、液圧バルジ成形の際に、円筒部材４０ａの膨張を部分的に抑える凸条突起６２ｕ１よって形成するものとしたが、これに限定されない。例えば、凹部をプレス加工によって形成してもよい。

斯様に、上記した実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の一例を示したものにすぎず、本発明はそのような具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものである。

１…燃料電池システム、１１…燃料電池モジュール、１５…制御装置、３３…改質部、３４…燃料電池、４０…改質ケーシング（触媒ケーシング）、４０ａ…筒状部材、４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｂ３…凹部、４０ｂｄ…（内壁面の）下端、４０ｉ…内壁面、４０ｊ…下向き傾斜面、４２…改質触媒（触媒）、４２Ｔ…改質触媒の上面（触媒の上面）、ＣＬ…軸方向。

Claims (4)

1. 燃料電池と、
   内部に触媒が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が前記触媒によって処理され、処理された処理後ガスが前記燃料電池に向けて導出される触媒ケーシングと、
   を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記触媒ケーシングは、所定厚みの板状部材で筒状に形成された筒状部材であり、かつ、前記筒状部材の軸方向が水平方向に延在するように配置され、
   前記触媒ケーシングは、前記触媒ケーシングの上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部を有し、
   前記凹部の内壁面の下端は、前記筒状部材の軸方向と直交する直交方向に沿って延在し、
   前記触媒の自重によって前記触媒ケーシングの内壁面と前記触媒の上面との間に隙間が生じた際に、前記下端は、前記隙間を通過してきた前記改質用原料を下向きの流れに変更するように前記触媒の前記上面より下方に位置するように設定されている燃料電池モジュール。
2. 前記凹部の内壁面は、前記凹部の内壁面と前記触媒の上面との間の隙間を通過した前記改質用原料を下向きの流れに変える下向き傾斜面を備えた請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記燃料電池モジュールは、前記改質用原料を改質する改質部を前記触媒ケーシング内にさらに備え、
   前記触媒ケーシングは、内部に改質触媒が収容され、かつ、外部から導入された前記改質用原料が前記改質触媒によって改質され、改質された処理後ガスであるアノードガスが前記燃料電池の燃料極に導出される改質ケーシングである請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
4. 燃料電池と、
   内部に触媒が収容され、かつ、外部から導入された改質用原料が前記触媒によって処理され、処理された処理後ガスが前記燃料電池に向けて導出される触媒ケーシングと、
   を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記触媒ケーシングは、所定厚みの板状部材で筒状に形成された筒状部材であり、かつ、前記筒状部材の軸方向が水平方向に延在するように配置され、
   前記触媒ケーシングは、前記触媒ケーシングの上部に溝状に設けられ、下方に向けて凹んでいる凹部を有し、
   前記凹部の内壁面の下端は、前記筒状部材の軸方向と直交する直交方向に沿って延在し、
   前記触媒の自重によって前記触媒ケーシングの内壁面と前記触媒の上面との間に隙間が生じた際に、前記下端は、前記隙間を通過してきた前記改質用原料を下向きの流れに変更するように前記触媒の前記上面より下方に位置するように設定される燃料電池モジュールの製造方法であって、
   前記凹部は、前記筒状部材を変形させて加工する塑性加工により形成される燃料電池モジュールの製造方法。

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